一般实矩阵特征值问题的多维灵敏度分析

应用Kronecker代数和矩阵微分理论系统发展了一般实矩阵特征值问题的矩阵灵敏度分析方法，结构系统特征值和特征向量的导数很方便地排列成二维矩阵，所得的结果很容易形成计算机程序。     

多自由度非线性随机参数振动系统响应分析的概率摄动有限元法

提出了一般概率摄动有限元法，并用以解决了具有向量值和矩阵值函数的多自由度非线性随机结构系统承受随机激励的响应分析问题，应用Kronecker代数，矩阵微分理论，向量值和矩阵值函数的二阶矩技术，矩阵摄动理论和概率统计方法系统地扩展了国际上通用的随机有限元法，随机变量和系统导数很方便地排列到二维矩阵中，得到了优美的数学表达式。     

具有随机路径的振动传递路径系统的随机响应分析

基于一般概率摄动有限元法,解决了具有随机路径的振动传递路径系统的响应分析问题.应用Kronecker代数,矩阵微分理论,向量值和矩阵值函数的二阶矩技术,矩阵摄动理论和概率统计方法,提出了振动传递路径系统的随机响应分析方法,在考虑工程中的不确定因素以后,在时域内清晰地描述了振动传递路径的随机响应.     

随机参数结构的统计特征对

结合非正交多项式展式和传统的摄动技巧研究了随机参数结构的统计特征对问题,建立了和摄动法类似的一系列确定的递推方程,并用有限元方法进行了求解,得到了包括特征值和特征向量的特征对的统计值．最后,用算例验证了此方法的正确性．     

不确定参数闭环控制系统特征值的区间分析

运用区间理论,讨论了区间参数的结构振动控制问题,给出了求解闭环系统区间特征值的一种方法．基于区间参数导出了区间刚度矩阵和质量矩阵,然后利用矩阵摄动理论和区间扩张理论,推导了复区间特征值上下界估计的算法．这些结果是从二阶系统的左右特征向量出发得到的．将该文方法应用到悬臂梁的控制问题,数值结果表明它是有效的．     

转子系统随机支撑刚度参数的识别

基于Riccati摄动随机传递矩阵方法建立的转子系统特征值与随机参数变量间的函数关系,给出了转子系统随机参数的识别方法和详细步骤,可用于识别随机参数的均值和方差。以改装的Bently实验转子为研究对象,通过大量测试,识别出了转子系统的随机支撑刚度参数,建立了该转子系统的随机参数动力学模型。该模型可用于研究转子系统的随机参数动力学问题。     

任意非亏损矩阵特征灵敏度分析的模态展开法

把特征向量的各阶导数表示成所有模态的线性组合，并利用左模态与右模态间的双正交性，首先导出了任意非亏损矩阵的重特征值的一阶导数所满足的特征值问题，然后根据此特征值问题无、看重根的情况，再导出了异导重特征值和等导重特征值对应的可微特征向量、特征值和特征向量各阶导数的一般计算公式。算例显示了方法的正确性。     

时域模态参数识别的直接特征系统实现算法

本文提出了一种新的结构模态参数识别算法,称为直接特征系统实现算法(DERA)。直接采用时域多输入多输出数据构成线性时不变离散系统的最小实现,并利用系统矩阵的特征值和特征向量求取模态参数。输入输出数据的直接应用避免了利用脉冲响应函数作原始数据的ERA、PRCE等算法的一些局限。奇异值分解技术的引入使系统的定阶和实现更方便,并具有了更良好的数值稳定性。为验证算法,构造了一个五自由度的弹簧质量系统进行数值模拟。良好的数值结果证明了本算法的有效性,并表明本算法对密集模态仍有较高的识别精度。     

广义特征值问题中重特征值的特征向量导数

本文把重特征值的特征向量导数的计算方法，推广到非亏损矩阵的广义特征值问题，并给出了特征值导数也有重根时特征向量导数的计算式。本方法的优点是只需已知所考虑的重特征值的特征向量，因而计算量小，对于大型复杂结构更为适用。     

广义特征值问题中重特征值的特征向量导数

本文把重特征值的特征向量导数的计算方法，推广到非亏损矩阵的广义特征值问题，并给出了特征值导数也有重根时特征向量导数的计算式。本方法的优点是只需已知所考虑的重特征值的特征向量，因而计算量小，对于大型复杂结构更为适用。     

DYNAMIC CHARACTERISTIC ANALYSIS OF FUZZY- STOCHASTIC TRUSS STRUCTURES BASED ON FUZZY FACTOR METHOD AND RANDOM FACTOR METHOD

A new fuzzy stochastic finite element method based on the fuzzy factor method and random factor method is given and the analysis of structural dynamic characteristic for fuzzy stochastic truss structures is presented. Considering the fuzzy randomness of the structural physical parameters and geometric dimensions simultaneously, the structural stiffness and mass matrices are constructed based on the fuzzy factor method and random factor method; from the Rayleigh's quotient of structural vibration, the structural fuzzy random dynamic characteristic is obtained by means of the interval arithmetic; the fuzzy numeric characteristics of dynamic characteristic are then derived by using the random variable's moment function method and algebra synthesis method. Two examples are used to illustrate the validity and rationality of the method given. The advantage of this method is that the effect of the fuzzy randomness of one of the structural parameters on the fuzzy randomness of the dynamic characteristic can be reflected expediently and objectively.     

A new method for computing the upper and lower bounds on frequencies of structures with interval parameters

In this paper, we will investigate the method for computing the upper and lower bounds on frequencies of structures with bounded uncertain (or interval) parameters. The stiffness matrix and the mass matrix of structures, whose elements have the initial errors, are unknown except for the fact that they belong to given bounded matrix sets. The set of possible matrices can be described by the interval matrix. By means of the stationary condition of Rayleigh Qutient and the minimax theorem of eigenvalues, the generalized eigenvalue problem of structures with bounded uncertain parameters can be transformed into two different generalized eigenvalue problems. The numerical results indicate that the proposed method is effective.     

计算具有区间参数结构的固有频率的优化方法

基于区间函数的单向包含性质，把具有区间非确定参数结构的固有频率所在区间范围问题 转化成两个全局优化问题，并采用一种实数编码遗传算法求取问题的全局解. 用一种能够求 得剪切型结构和弹簧质量系统特征值范围精确解的单调分析方法进行检验. 在一 些文献中，直接采用区间数运算法则和有限元法得到结构区间刚度阵和区间质量阵，并把关 于该区间刚度阵和区间质量阵的广义区间特征值问题的特征值区间作为待求的非确定性结构 的特征值所在的区间范围，该方法易于扩大问题的解域. 算例表明，可望得到结构 固有频率区间范围的准确解.     

不确定动力系统平稳随机响应分析

由于设计、建造以及测量等诸多不确定因素的影响,通常的有限元力学分析模型只是原型结构的一种均值近似,采用随机结构模型是更为合理的.本文应用随机矩阵模拟不确定线性动力系统有限元模型中质量阵、阻尼阵和刚度阵的随机不确定性,并进一步建立此类非参数概率系统在平稳随机外载作用下动力响应的虚拟激励高效求解算法.数值结果表明,均值有限元模型和随机矩阵模型的动力响应具有很大的差异.对于精细制造,模型的随机性是不能忽略的,本文提出的算法为此类问题求解提供了一条有效途径.     

有界参数结构特征值的上下界定理

与方法近似性的结构特征值包含定理不同,给出参数近似性的结构的特征值上下界定理．在结构刚度矩阵和质量矩阵可以利用结构参数进行非员分解的条件下,通过区间分析,将特征值的上下界分解成两个广义特征值问题进行求解．结果可以看成是胡海昌教授的特征值质量包含定理和刚度包含定理在结构参数近似性特征值问题中的一种推广和应用．     

An efficient 3D stochastic finite element method

Real life structural systems are characterized by their inherent or externally induced uncertainties in the design parameters. This study proposes a stochastic finite element tool efficient to take account of these uncertainties. Here uncertain structural parameter is modeled as homogeneous Gaussian stochastic field and commonly used two-dimensional (2D) local averaging technique is extended and generalized for 3D random field. This is followed by Cholesky decomposition of respective covariance matrix for digital simulation. By expanding uncertain stiffness matrix about its reference value, the Neumann expansion method is introduced blended with direct Monte Carlo simulation. This approach involves decomposition of stiffness matrix only once for the entire simulated structure. Thus substantial saving of CPU time and also the scope of tackling several stochastic fields simultaneously are the basic advantages of the proposed algorithm. Accuracy and efficiency of this method with reference to example problem is also studied here and numerical results validate its superiority over direct simulation method or first-order perturbation approach.     

随机桁架结构的非平稳随机动力响应分析

本文研究了随机桁架结构在非平稳随机激励下的动力响应问题。在利用随机因子法分析随机结构动力特性的基础上，给出了一种分析随机结构非平稳随机响应的新方法。从结构非平稳随机响应的表达式出发，同时考虑桁架结构的物理参数、几何尺寸的随机性，利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法，导出了随机桁架结构在非平稳随机激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。通过算例，分析了结构物理参数和几何尺寸的随机性对结构位移响应均方值和应力响应均方值随机变量随机性的影响。本文方法具有对随机结构进行一次动力分析便可求得动力响应的数字特征，且可以考察结构任一参数的随机性对结构非平稳随机响应分析结果的影响之优点。     

特征值摄动法在利用动响应结构小损伤检测中的应用

目前在使用遗传算法或神经网络方法进行结构动力学损伤检测,需要基于少量的在线测量损伤结构数据和大量的数值仿真数据来实现,其中通过有限元方法来获得仿真数据的巨大计算量是动力学结构损伤检测方法发展中所面临的一个重要问题。本文在建模方面应用近年来提出的调整单元刚度模拟损伤的先进方法,以保证在损伤前后结构自由度数目不变;在此基础上应用特征值摄动法来减少损伤检测中计算量,并通过对复合材料层合板响应信号的小波分析验证了使用一阶矩阵摄动在有效降低计算量的同时,可以获得对损伤检测而言足够准确的响应信号。     

Application of the random eigenvalue problem in forced response analysis of a linear stochastic structure

The random eigenvalue problem arises in frequency and mode shape determination for a linear system with uncertainties in structural properties. Among several methods of characterizing this random eigenvalue problem, one computationally fast method that gives good accuracy is a weak formulation using polynomial chaos expansion (PCE). In this method, the eigenvalues and eigenvectors are expanded in PCE, and the residual is minimized by a Galerkin projection. The goals of the current work are (i) to implement this PCE-characterized random eigenvalue problem in the dynamic response calculation under random loading and (ii) to explore the computational advantages and challenges. In the proposed method, the response quantities are also expressed in PCE followed by a Galerkin projection. A numerical comparison with a perturbation method and the Monte Carlo simulation shows that when the loading has a random amplitude but deterministic frequency content, the proposed method gives more accurate results than a first-order perturbation method and a comparable accuracy as the Monte Carlo simulation in a lower computational time. However, as the frequency content of the loading becomes random, or for general random process loadings, the method loses its accuracy and computational efficiency. Issues in implementation, limitations, and further challenges are also addressed.